Penguraian Karbofuran Racun Perosak Oleh Bakteria Tanah
PENGENALAN
Penggunaan agrokimia secara meluas menjadi kebimbangan yang turut memberi kesan terhadap ekonomi pertanian di Malaysia (Shevade and Loboda, 2019), di mana sektor pertanian masih bergantung kepada penggunaan baja kimia dan racun perosak bagi mengekalkan hasil yang diperlukan serta mengekalkan tahap keuntungan pengeluaran yang mencukupi. Pertanian adalah antara sektor terpenting bagi ekonomi Malaysia, yang menyumbang kira-kira 12% kepada keluaran dalam negara kasar (KDNK) negara yang menjana pendapatan dan menyediakan produk pertanian untuk kegunaan domestik, serta mewujudkan peluang pekerjaan kepada kira-kira 16% penduduk negara (Islam et al., 2017). Selain daripada bahaya racun perosak kepada kesihatan petani, racun ini juga boleh menganggu ekosistem alam sekitar serta mengundang masalah isu keselamatan makanan (Farina, 2016).
Karbofuran memainkan peranan penting untuk membunuh serangga perosak dan rumpai dalam sektor pertanian. Walaubagaimanapun, penggunaan racun perosak yang berlebihan boleh menimbulkan kesan buruk kerana ketoksikannya kepada organisma bukan sasaran dan juga alam sekitar (Mathew et al., 2017). Karbofuran adalah salah satu sebatian yang paling toksik di kalangan kumpulan racun perosak karbamat. Ia dipasarkan dengan nama dagang Furadan, oleh FMC Corporation dan tergolong dalam kumpulan N-Metil karbamat perencat kuat kolinesterase. Oleh itu, ianya sangat toksik kepada organisma yang menyebabkan kesan ketoksikan akut maksima daripada semua penggunaan racun perosak yang digunakan secara meluas pada tanaman ladang (Padilla et al., 2007).
KESAN KARBOFURAN DAN PENGURAIANNYA
Karbofuran adalah pengganggu endokrin yang kuat dan sebatian ini memberi kesan neurotoksik pada masa kini. Bioremediasi daripada aktiviti mikrob adalah teknik inovatif yang paling sesuai untuk membersihkan pencemaran racun perosak di kawasan pertanian. Hasil penyelidikan menunjukkan pengubahsuaian gen biodegradasi berpotensi menguraikan sebatian racun perosak secara optima oleh pelbagai mikrob tanah. Dua laluan utama penguraian karbofuran oleh bakteria ialah laluan oksidatif dan hidrolisis. Metabolit karbofuran utama daripada proses penguraian karbofuran adalah karbofuran-fenol, 3-ketocarbofuran, dan 3-keto-7-fenol. Kadar penguraian bahan pencemar ini oleh mikrob semula jadi di dalam tanah boleh ditingkatkan dengan menambahbaik keadaan persekitaran yang sesuai dan nutrien yang mencukupi untuk pertumbuhan mikroorganisma tanah.
Penggunaan karbofuran yang berterusan menyebabkan ianya semakin kukuh berada di dalam tanah. Sebatian karbofuran sangat mudah mengalir di dalam tanah dan larut air yang menyebabkan ancaman terhadap kesihatan manusia dan mempunyai kesan jangka panjang terhadap alam sekitar. Penguraian mikrob telah disarankan sebagai pendekatan terbaik untuk menguraikan racun perosak daripada persekitaran kerana kaedah fizikal dan kimia yang digunakan sebelumnya sangat mahal. Oleh itu, tujuan kajian ini adalah untuk mengasingkan bakteria pengurai karbofuran yang berpotensi daripada penyaringan tanah pertanian tempatan (Rajah 1), mengenal pasti, mencirikan dan memeriksa kemampuan penguraian strain bakteria yang dipencil. Sel bakteria telah disekat gerak menggunakan gellan gum sebagai matrik pemerangkapan. Kinetik pertumbuhan bakteria dinilai menggunakan model kinetik yang berbeza.
Penggunaan agrokimia secara meluas menjadi kebimbangan yang turut memberi kesan terhadap ekonomi pertanian di Malaysia (Shevade and Loboda, 2019), di mana sektor pertanian masih bergantung kepada penggunaan baja kimia dan racun perosak bagi mengekalkan hasil yang diperlukan serta mengekalkan tahap keuntungan pengeluaran yang mencukupi. Pertanian adalah antara sektor terpenting bagi ekonomi Malaysia, yang menyumbang kira-kira 12% kepada keluaran dalam negara kasar (KDNK) negara yang menjana pendapatan dan menyediakan produk pertanian untuk kegunaan domestik, serta mewujudkan peluang pekerjaan kepada kira-kira 16% penduduk negara (Islam et al., 2017). Selain daripada bahaya racun perosak kepada kesihatan petani, racun ini juga boleh menganggu ekosistem alam sekitar serta mengundang masalah isu keselamatan makanan (Farina, 2016).
Karbofuran memainkan peranan penting untuk membunuh serangga perosak dan rumpai dalam sektor pertanian. Walaubagaimanapun, penggunaan racun perosak yang berlebihan boleh menimbulkan kesan buruk kerana ketoksikannya kepada organisma bukan sasaran dan juga alam sekitar (Mathew et al., 2017). Karbofuran adalah salah satu sebatian yang paling toksik di kalangan kumpulan racun perosak karbamat. Ia dipasarkan dengan nama dagang Furadan, oleh FMC Corporation dan tergolong dalam kumpulan N-Metil karbamat perencat kuat kolinesterase. Oleh itu, ianya sangat toksik kepada organisma yang menyebabkan kesan ketoksikan akut maksima daripada semua penggunaan racun perosak yang digunakan secara meluas pada tanaman ladang (Padilla et al., 2007).
KESAN KARBOFURAN DAN PENGURAIANNYA
Karbofuran adalah pengganggu endokrin yang kuat dan sebatian ini memberi kesan neurotoksik pada masa kini. Bioremediasi daripada aktiviti mikrob adalah teknik inovatif yang paling sesuai untuk membersihkan pencemaran racun perosak di kawasan pertanian. Hasil penyelidikan menunjukkan pengubahsuaian gen biodegradasi berpotensi menguraikan sebatian racun perosak secara optima oleh pelbagai mikrob tanah. Dua laluan utama penguraian karbofuran oleh bakteria ialah laluan oksidatif dan hidrolisis. Metabolit karbofuran utama daripada proses penguraian karbofuran adalah karbofuran-fenol, 3-ketocarbofuran, dan 3-keto-7-fenol. Kadar penguraian bahan pencemar ini oleh mikrob semula jadi di dalam tanah boleh ditingkatkan dengan menambahbaik keadaan persekitaran yang sesuai dan nutrien yang mencukupi untuk pertumbuhan mikroorganisma tanah.
Penggunaan karbofuran yang berterusan menyebabkan ianya semakin kukuh berada di dalam tanah. Sebatian karbofuran sangat mudah mengalir di dalam tanah dan larut air yang menyebabkan ancaman terhadap kesihatan manusia dan mempunyai kesan jangka panjang terhadap alam sekitar. Penguraian mikrob telah disarankan sebagai pendekatan terbaik untuk menguraikan racun perosak daripada persekitaran kerana kaedah fizikal dan kimia yang digunakan sebelumnya sangat mahal. Oleh itu, tujuan kajian ini adalah untuk mengasingkan bakteria pengurai karbofuran yang berpotensi daripada penyaringan tanah pertanian tempatan (Rajah 1), mengenal pasti, mencirikan dan memeriksa kemampuan penguraian strain bakteria yang dipencil. Sel bakteria telah disekat gerak menggunakan gellan gum sebagai matrik pemerangkapan. Kinetik pertumbuhan bakteria dinilai menggunakan model kinetik yang berbeza.
Rajah 1: Kawasan persampelan di Brinchang, Cameron Highland
KAJIAN YANG DIJALANKAN
Pertumbuhan optimum kultur Enterobacter cloacae sp. bagi penurunan karbofuran adalah pada pH 7.0 dan suhu optimum 35-37°C. Pada kepekatan gellan gum 0.8% (w/v), penurunan karbofuran tertinggi diperhatikan berbanding dengan kepekatan lain yang digunakan (p≤0.05) walaubagaimanapun, tiada perbezaan yang signifikan (p≥0.05) diperhatikan berkaitan dengan penurunan karbofuran antara 0.75 dan 0.8% (w/v). Sel bakteria sekat gerak gellan gum juga boleh digunakan berulang kali tanpa kehilangan kapasiti biopenguraian sehingga tujuh kitaran untuk jumlah kitaran 200 jam. Hasil yang diperoleh menggunakan reka bentuk komposit sentral (CCD) menunjukkan bahawa penguraian karbofuran tertinggi sebanyak 95.40% dengan kepekatan karbofuran yang dioptimumkan pada 92.50 mg/L, pH 6.0, suhu 27.50 °C, sumber nitrogen 0.45 g/L dan tempoh tindak balas selama 6 hari.
PENUTUP
Kajian mikrokosmos menunjukkan bahawa Enterobacter cloacae sp. BRC05 boleh menurunkan karbofuran sehingga 83%. Pengasingan yang diperolehi dalam kajian ini akan memberikan pendekatan baru dan berkesan yang dapat memberi manfaat kepada bioremediasi racun serangga karbofuran dalam persekitaran yang tercemar.
Pertumbuhan optimum kultur Enterobacter cloacae sp. bagi penurunan karbofuran adalah pada pH 7.0 dan suhu optimum 35-37°C. Pada kepekatan gellan gum 0.8% (w/v), penurunan karbofuran tertinggi diperhatikan berbanding dengan kepekatan lain yang digunakan (p≤0.05) walaubagaimanapun, tiada perbezaan yang signifikan (p≥0.05) diperhatikan berkaitan dengan penurunan karbofuran antara 0.75 dan 0.8% (w/v). Sel bakteria sekat gerak gellan gum juga boleh digunakan berulang kali tanpa kehilangan kapasiti biopenguraian sehingga tujuh kitaran untuk jumlah kitaran 200 jam. Hasil yang diperoleh menggunakan reka bentuk komposit sentral (CCD) menunjukkan bahawa penguraian karbofuran tertinggi sebanyak 95.40% dengan kepekatan karbofuran yang dioptimumkan pada 92.50 mg/L, pH 6.0, suhu 27.50 °C, sumber nitrogen 0.45 g/L dan tempoh tindak balas selama 6 hari.
PENUTUP
Kajian mikrokosmos menunjukkan bahawa Enterobacter cloacae sp. BRC05 boleh menurunkan karbofuran sehingga 83%. Pengasingan yang diperolehi dalam kajian ini akan memberikan pendekatan baru dan berkesan yang dapat memberi manfaat kepada bioremediasi racun serangga karbofuran dalam persekitaran yang tercemar.
RUJUKAN
Farina. (2016). Pesticides Residues in Agricultural Soils and Its Health Assessment for Humans in Cameron Highlands, Malaysia. Malaysian Journal of Analytical Science, 20 (6), 1346-1358. https://doi.org/10.17576/mjas-2016-2006-13.
Islam, Ghani, Abidin, and Rayaiappan. (2017). Impact on poverty and income inequality in Malaysia’s economic growth. Problems and perspectives in management (15, Iss. 1), 55-62.
Mathew, Singh, B., and Krishnamurthy. (2017). Classification, Source, and Effect of Environmental Pollutants and Their Biodegradation. J. Environ Pathol Toxicol Oncol, 36(1), 55-71. https://doi.org/10.1615/JEnvironPatholToxicolOncol.2017015804.
Padilla, Marshall, Hunter, and Lowit. (2007). Time course of cholinesterase inhibition in adult rats treated acutely with carbaryl, carbofuran, formetanate, methomyl, methiocarb, oxamyl or propoxur. Toxicol Appl Pharmacol, 219(2-3), 202-209. https://doi.org/10.1016/j.taap.2006.11.010.
Shevade, and Loboda. (2019). Oil palm plantations in Peninsular Malaysia: Determinants and constraints on expansion. PLoS One, 14(2), e0210628.
Farina. (2016). Pesticides Residues in Agricultural Soils and Its Health Assessment for Humans in Cameron Highlands, Malaysia. Malaysian Journal of Analytical Science, 20 (6), 1346-1358. https://doi.org/10.17576/mjas-2016-2006-13.
Islam, Ghani, Abidin, and Rayaiappan. (2017). Impact on poverty and income inequality in Malaysia’s economic growth. Problems and perspectives in management (15, Iss. 1), 55-62.
Mathew, Singh, B., and Krishnamurthy. (2017). Classification, Source, and Effect of Environmental Pollutants and Their Biodegradation. J. Environ Pathol Toxicol Oncol, 36(1), 55-71. https://doi.org/10.1615/JEnvironPatholToxicolOncol.2017015804.
Padilla, Marshall, Hunter, and Lowit. (2007). Time course of cholinesterase inhibition in adult rats treated acutely with carbaryl, carbofuran, formetanate, methomyl, methiocarb, oxamyl or propoxur. Toxicol Appl Pharmacol, 219(2-3), 202-209. https://doi.org/10.1016/j.taap.2006.11.010.
Shevade, and Loboda. (2019). Oil palm plantations in Peninsular Malaysia: Determinants and constraints on expansion. PLoS One, 14(2), e0210628.
